El documento resume las principales leyes y conceptos de la termodinámica. La primera ley establece que la energía se conserva en los procesos termodinámicos. La segunda ley introduce la noción de irreversibilidad y establece que es imposible alcanzar el cero absoluto en un número finito de pasos. El documento también explica procesos como los adiabáticos, isobáricos e isocóricos y las leyes de los gases ideales de Boyle, Charles y Gay-Lussac. Finalmente, introduce la teor
Procesos Reversibles e irreversibles. Termodinámicacecymedinagcia
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
La segunda ley de la termodinámica establece que ninguna máquina térmica puede tener una eficiencia de 100 por ciento. Entonces cabe preguntar, ¿cuál
es la eficiencia más alta que pudiera tener una máquina térmica? Antes de contestarla es necesario definir primero un proceso idealizado, llamado proceso
reversible. Los procesos que se estudiaron al comienzo de este capítulo ocurrieron en cierta dirección, y una vez ocurridos, no se pueden revertir por sí mismos de
forma espontánea y restablecer el sistema a su estado inicial. Por esta razón se clasifican como procesos irreversibles. Una vez que se enfría una taza de café, no se calentará al recuperar de los alrededores el calor que perdió. Si eso
fuera posible, tanto los alrededores como el sistema (café) volverían a su condición original, y esto sería un proceso reversible. Un proceso reversible se define como un proceso que se puede invertir sin dejar ningún rastro en los alrededores. Es decir, tanto el sistema
como los alrededores vuelven a sus estados iniciales una vez finalizado el proceso inverso. Esto es posible sólo si el intercambio de calor y trabajo netos entre el sistema y los alrededores es cero para el proceso combinado (original e inverso). Los procesos que no son reversibles se denominan procesos irreversibles. Se debe señalar que es posible volver un sistema a su estado original siguiendo un proceso, sin importar si éste es reversible o irreversible. Pero
para procesos reversibles, esta restauración se hace sin dejar ningún cambio neto en los alrededores, mientras que para procesos irreversibles los alrededores normalmente hacen algún trabajo sobre el sistema, por lo tanto no vuelven a su estado original. Los procesos reversibles en realidad no ocurren en la naturaleza, sólo son
idealizaciones de procesos reales. Los reversibles se pueden aproximar mediante
dispositivos reales, pero nunca se pueden lograr; es decir, todos los procesos que ocurren en la naturaleza son irreversibles. Entonces, quizá se pregunte por
qué preocuparse de esta clase de procesos ficticios. Hay dos razones: una es que son fáciles de analizar, puesto que un sistema pasa por una serie de estados
de equilibrio durante un proceso reversible; y otra es que sirven como modelos idealizados con los que es posible comparar los procesos reales. En la vida diaria, el concepto de una “persona correcta” es también una
idealización, tal como el concepto de un proceso reversible (perfecto). Quienes insisten en hallar a esa persona correcta para establecerse están condenados a
permanecer solos el resto de sus vidas. La posibilidad de hallar la pareja ideal no es mayor que la de hallar un proceso perfecto (reversible). Del mismo modo,
una persona que insiste en tener amigos perfectos seguramente no tiene amigos. Los ingenieros están interesados en procesos reversibles porque los dispositivos que producen trabajo, como motores de auto
Procesos Reversibles e irreversibles. Termodinámicacecymedinagcia
PROCESOS REVERSIBLES E IRREVERSIBLES
La segunda ley de la termodinámica establece que ninguna máquina térmica puede tener una eficiencia de 100 por ciento. Entonces cabe preguntar, ¿cuál
es la eficiencia más alta que pudiera tener una máquina térmica? Antes de contestarla es necesario definir primero un proceso idealizado, llamado proceso
reversible. Los procesos que se estudiaron al comienzo de este capítulo ocurrieron en cierta dirección, y una vez ocurridos, no se pueden revertir por sí mismos de
forma espontánea y restablecer el sistema a su estado inicial. Por esta razón se clasifican como procesos irreversibles. Una vez que se enfría una taza de café, no se calentará al recuperar de los alrededores el calor que perdió. Si eso
fuera posible, tanto los alrededores como el sistema (café) volverían a su condición original, y esto sería un proceso reversible. Un proceso reversible se define como un proceso que se puede invertir sin dejar ningún rastro en los alrededores. Es decir, tanto el sistema
como los alrededores vuelven a sus estados iniciales una vez finalizado el proceso inverso. Esto es posible sólo si el intercambio de calor y trabajo netos entre el sistema y los alrededores es cero para el proceso combinado (original e inverso). Los procesos que no son reversibles se denominan procesos irreversibles. Se debe señalar que es posible volver un sistema a su estado original siguiendo un proceso, sin importar si éste es reversible o irreversible. Pero
para procesos reversibles, esta restauración se hace sin dejar ningún cambio neto en los alrededores, mientras que para procesos irreversibles los alrededores normalmente hacen algún trabajo sobre el sistema, por lo tanto no vuelven a su estado original. Los procesos reversibles en realidad no ocurren en la naturaleza, sólo son
idealizaciones de procesos reales. Los reversibles se pueden aproximar mediante
dispositivos reales, pero nunca se pueden lograr; es decir, todos los procesos que ocurren en la naturaleza son irreversibles. Entonces, quizá se pregunte por
qué preocuparse de esta clase de procesos ficticios. Hay dos razones: una es que son fáciles de analizar, puesto que un sistema pasa por una serie de estados
de equilibrio durante un proceso reversible; y otra es que sirven como modelos idealizados con los que es posible comparar los procesos reales. En la vida diaria, el concepto de una “persona correcta” es también una
idealización, tal como el concepto de un proceso reversible (perfecto). Quienes insisten en hallar a esa persona correcta para establecerse están condenados a
permanecer solos el resto de sus vidas. La posibilidad de hallar la pareja ideal no es mayor que la de hallar un proceso perfecto (reversible). Del mismo modo,
una persona que insiste en tener amigos perfectos seguramente no tiene amigos. Los ingenieros están interesados en procesos reversibles porque los dispositivos que producen trabajo, como motores de auto
también denominado movimiento vibratorio armónico simple, es un movimiento periódico, oscilatorio y vibratorio en ausencia de fricción, producido por la acción de una fuerza recuperadora que es directamente proporcional a la posición pero en sentido opuesto
también denominado movimiento vibratorio armónico simple, es un movimiento periódico, oscilatorio y vibratorio en ausencia de fricción, producido por la acción de una fuerza recuperadora que es directamente proporcional a la posición pero en sentido opuesto
“Para esta actividad, es necesario leer y comprender el tema 4: Leyes de los gases, de la unidad III, para ello es necesario analizar los ejemplos y realizar los ejercicios que se presentan en el desarrollo del tema.
Leyes de los gases ¿Qué dice la ley?
Ley de Boyle- Mariotte La ley de Boyle establece que a temperatura constante, la presión de una cantidad fija de gas es inversamente proporcional al volumen que ocupa .
Ley de Gay- Lussac Establece que la presión de un volumen fijo de gas, es directamente proporcional a su temperatura .
Ley de Charles Lo que Charles descubrió es que a presión constante, el cociente entre el volumen y la temperatura de una cantidad fija de gas, es igual a una constante .
Ley de Avogadro Volúmenes iguales de gases diferentes, bajo las mismas condiciones de temperatura y presión, contienen el mismo número de partículas y, por lo tanto, el mismo número de moles. Es decir, el volumen es directamente proporcional al número de moles (n) .
Ley general de los gases La ley combinada de los gases o ley general de los gases es una ley que combina la ley de Boyle, la ley de Charles y la ley de Gay-Lussac .
LA PEDAGOGIA AUTOGESTONARIA EN EL PROCESO DE ENSEÑANZA APRENDIZAJEjecgjv
La Pedagogía Autogestionaria es un enfoque educativo que busca transformar la educación mediante la participación directa de estudiantes, profesores y padres en la gestión de todas las esferas de la vida escolar.
Presentación de la conferencia sobre la basílica de San Pedro en el Vaticano realizada en el Ateneo Cultural y Mercantil de Onda el jueves 2 de mayo de 2024.
2. La termodinámica puede definirse como el tema de la Física que
estudia los procesos en los que se transfiere energía como calor y
como trabajo.
Sabemos que se efectúa trabajo cuando la energía se transfiere de
un cuerpo a otro por medios mecánicos. El calor es una transferencia
de energía de un cuerpo a un segundo cuerpo que está a menor
temperatura. O sea, el calor es muy semejante al trabajo.
3. Primera Ley de la Termodinámica
Esta ley se expresa como:
Eint = Q - W
Cambio en la energía interna en el sistema = Calor agregado (Q) - Trabajo efectuado
por el sistema (W)
Notar que el signo menos en el lado derecho de la ecuación se debe justamente a que
W se define como el trabajo efectuado por el sistema.
4. Para entender esta ley, es útil imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas
tapas es un émbolo móvil y que mediante un mechero podemos agregarle calor. El
cambio en la energía interna del gas estará dado por la diferencia entre el calor
agregado y el trabajo que el gas hace al levantar el émbolo contra la presión
atmosférica.
5. La primera ley nos dice que la energía se conserva. Sin embargo, podemos
imaginar muchos procesos en que se conserve la energía, pero que realmente
no ocurren en la naturaleza. Si se acerca un objeto caliente a uno frío, el calor
pasa del caliente al frío y nunca al revés. Si pensamos que puede ser al revés,
se seguiría conservando la energía y se cumpliría la primera ley.
En la naturaleza hay procesos que suceden, pero cuyos procesos inversos
no. Para explicar esta falta de reversibilidad se formuló la segunda ley de la
termodinámica, que tiene dos enunciados equivalentes:
6. Ley Cero de la Termodinámica (de Equilibrio):
"Si dos objetos A y B están por separado en equilibrio térmico con un tercer
objeto C, entonces los objetos A y B están en equilibrio térmico entre sí".
Como consecuencia de esta ley se puede afirmar que dos objetos en
equilibrio térmico entre sí están a la misma temperatura y que si tienen
temperaturas diferentes, no se encuentran en equilibrio térmico entre sí.
7. Es el calor que entra desde el "mundo exterior" lo que impide que en
los experimentos se alcancen temperaturas más bajas. El cero absoluto
es la temperatura teórica más baja posible y se caracteriza por la total
ausencia de calor. Es la temperatura a la cual cesa el movimiento de las
partículas. El cero absoluto (0 K) corresponde aproximadamente a la
temperatura de - 273,16ºC..
8. "La primera y la segunda ley de la termodinámica se pueden aplicar
hasta el límite del cero absoluto, siempre y cuando en este límite las
variaciones de entropía sean nulas para todo proceso reversible".
Tercera Ley de la Termodinámica.
La tercera ley tiene varios enunciados equivalentes:
"No se puede llegar al cero absoluto mediante una serie finita de
procesos
9. La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesto por Walther Nernst, afirma que es
imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de
procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se
aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía
de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero
absoluto.
Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo
generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero
inaplicables a nivel cuántico..
Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es la
más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencia.
.
10. LEY CERO DE LA TERMODINÁMICA
El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo
en el cual las variables empíricas usadas para definir un estado del sistema (presión,
volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión
superficial, entre otras) no son dependientes del tiempo. A dichas variables
empíricas (experimentales) de un sistema se les conoce como coordenadas
termodinámicas del sistema.
A este principio se le llama del equilibrio termodinámico. Si dos sistemas A y B
están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico con un
tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio termodinámico. Este
principio es fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado
formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que
recibe la posición 0.
15. Es decir que si la temperatura aumenta el volumen también
aumenta, matemáticamente se expresa así:
V α T
Para convertir la proporcionalidad en igualdad, incluimos
una constante de proporcionalidad:
V = K T
Al despejar la K tendríamos:
K = V/T
Por consiguiente , V1/T2 = V2 /T1
16. V1.T2 = V2. T1
Donde:
V = Volumen
T = Temperatura
P= Presión constante
Unidades:
V= Litros, ml, cm³
T= K
20. LEY DE BOYLE:
Inversamente proporcional el volumen a la presión
Es decir, que a mayor presión menor volumen y viceversa,
matemáticamente se expresaría así:
V α 1/P
Para transformar la proporcionalidad en igualdad se debe incluir una
constante de proporcionalidad,
V = K 1 /P
Si despejamos la K tendríamos:
K = VP
Si la relación de VP es igual a una constante entonces podríamos decir
que
V1 P1 = V2 P2
21. V1.P1 = V2.P2
Donde
V= Volumen
P= Presión
T= Constante
Unidades:
P= atm, g/cm², mm Hg (milímetros de mercurio)
V= Litros, ml, cm³
25. A volumen constante , la presión de un gas es directamente
proporcional a la temperatura
26. LEY DE GAY LUSSAC:
A volumen constante , la presión de un gas es directamente
proporcional a la temperatura
Es decir que si la temperatura aumenta la presión también
aumenta, matemáticamente se expresa así:
P α T
Para convertir la proporcionalidad en igualdad, incluimos
una constante de proporcionalidad:
P = K T
Al despejar la K tendríamos:
K = P/T
Por consiguiente , T1 . P2 = T2. . P1
27. T1. P2 = T2. P1
Donde
T = Temperatura
P= Presión
V= volumen constante
Unidades:
T= K
P= Atm, g/cm², mm Hg
29. LEY DE DALTON. LEY DE LAS PRESIONES
PARCIALES:
La presión total de una mezcla de gases es igual a la
suma de las presiones parciales ejercidas por cada
uno de los gases en la mezcla.
Cada gas que participa en la mezcla ejerce una
presión que es independiente de la de los otros
gases presentes. Estas presiones se llaman presiones
parciales.
Pt= P1+P2+P3
30. Así, si tenemos una mezcla de tres gases A,B,C que
ejercen presiones parciales de 3,5 atm 1.6 atm y 7.5
atm, respectivamente, la presión total será de 12.6 Atm.
A B C
3.5 Atm 1,6 Atm 7,5 Atm
Presión total = ?
12.6 Atm
A B
C
Pt= P1+P2+P3
Pt = 3,5 atm + 1.6 atm + 7,5 atm = 12.6 atm
31. ECUACIÓN DE ESTADO –
ECUACION DE LOS GASES
Si se combinan adecuadamente las leyes de Boyle y
Charles con el principio de Avogadro, se llega a una
expresión que relaciona simultáneamente el
volumen de determinada cantidad de un gas con la
presión y la temperatura del mismo. Esta ecuación
recibe el nombre de ecuación de estado o ley de los
gases ideales :
PV = nRT
32. P .V = nRT
Donde
R = la constante universal de los gases ideales y su valor
depende de las unidades en que se expresen las diversas
cantidades.
V= Por convención, el volumen de un gas se expresa en
litros
n = El numero de moléculas -el valor de n en moles,
T = Temperatura en °K
P = la presión en atmósferas.
33. PROCESO ADIABÁTICO
Un proceso adiabático es aquel en que el sistema no pierde ni gana calor. La
primera ley de Termodinámica con Q=0 muestra que todos los cambios en la
energía interna están en forma de trabajo realizado. Esto pone una limitación al
proceso del motor térmico que le lleva a la condición adiabática mostrada abajo.
Esta condición se puede usar para derivar expresiones del trabajo realizado
durante un proceso adiabático.
El calentamiento y enfriamiento
adiabático son procesos que
comúnmente ocurren debido al
cambio en la presión de un gas.
Esto puede ser cuantificado
usando la ley de los gases
ideales.
34. Es un proceso a volumen constante, en consecuencia.
W = 0, y tendremos:
En un recipiente de paredes gruesas que contiene un gas determinado,
al que se le suministra calor, observamos que la temperatura y presión
interna se elevan, pero el volumen se mantiene igual.
En un proceso que se efectúa a volumen constante sin que haya ningún
desplazamiento, el trabajo hecho por el sistema es cero.
Es decir, en un proceso isocórico no hay trabajo realizando por el
sistema. Y no se adiciona calor al sistema que ocasione un incremento
de su energía interna.
35. Es un proceso en el cual la temperatura permanece constante durante la
operación. La energía interna de un gas es función de la temperatura
exclusivamente.
Es un proceso a temperatura constante. En general, ninguna de las cantidades
, Q y W son nulas.
Hay una excepción: la energía interna de un gas perfecto depende solamente
de la temperatura. En consecuencia, para un gas perfecto , y Q = W
Se denomina gas perfecto a un gas que sigue sigue la ley pv = nRT, donde n
es el número de moles, y R una constante.
36. Es un proceso a presión constante
Si la presión no cambia durante un proceso, se dice que éste es isobárico.
Un ejemplo de un proceso isobárico es la ebullición del agua en un
recipiente abierto. Como el contenedor está abierto, el proceso se efectúa
a presión atmosférica constante. En el punto de ebullición, la temperatura
del agua no aumenta con la adición de calor, en lugar de esto, hay un
cambio de fase de agua a vapor.
37. •En un proceso adiabático no se presenta el intercambio de calor con el exterior. Al
inflar un balón de futbol, por ejemplo, se realiza un proceso adiabático, pues no se cede
ni se recibe calor del balón ni del aire encerrado.
La temperatura del balón aumenta por que se ha realizado trabajo sobre el gas; la
presión aumenta y el volumen del aire encerrado en el sistema balón-bomba
disminuyen. La grafica que representa el proceso anteriormente descrito es:
39. Teoría cinética de los gases.
Explica el comportamiento de los
gases utilizando un “modelo” teórico.
Suministra un modelo mecánico el
cual exhibe propiedades mecánicas
promedias , que están identificadas
con propiedades
macroscópicas, es decir que
impresionan nuestros
sentidos, tales como la presión.
40. La teoría cinética de los gases es una teoría física y
química que explica el comportamiento y propiedades
macroscópicas de los gases(Ley de los gases ideales), a
partir de una descripción estadística de los
procesos moleculares microscópicos. La teoría cinética
se desarrolló con base en los estudios de físicos
como Daniel Bernoulli en el siglo XVIII y Ludwig
Boltzmann y James Clerk Maxwell a finales del siglo XIX.
Teoría cinética de los gases.
41. Principales teoremas de la teoría
cinética
Las moléculas obedecen las leyes de Newton, pero
individualmente se mueven en forma aleatoria, con
diferentes velocidades cada una, pero con una
velocidad promedio que no cambia con el tiempo.
Las moléculas realizan choques
elásticos entre sí, por lo tanto
se conserva tanto el momento
lineal como la energía cinética de
las moléculas.
42. Principales teoremas de la teoría
cinética
Las fuerzas entre moléculas son despreciables, excepto
durante el choque. Se considera que las fuerzas
eléctricas o nucleares entre las moléculas son de corto
alcance, por lo tanto solo se consideran las fuerzas
impulsivas que surgen durante el choque.
El gas es considerado puro, es decir todas las moléculas
son idénticas.
El gas se encuentra en equilibrio térmico con las
paredes del envase.
43. ENERGIA INTERNA
En principio, la energía interna de un gas puede depender de su
temperatura y de su volumen (por ser dos variables independientes).
Sin embargo, Joule descubrió que para un gas aproximadamente ideal,
la energía interna no depende del volumen, sino solo de su
temperatura.
La experiencia de Joule consistió en medir la temperatura de un gas,
someterlo a una expansión brusca en el vacío rompiendo un diafragma,
y volver a medir la temperatura. Por no haber presión exterior el trabajo
es nulo. Por ser una expansión brusca el proceso es prácticamente
adiabático y no hay calor transferido al sistema. Por tanto, la energía
interna del gas permanece constante
Cuando midió la temperatura final, Joule obtuvo que su valor era
prácticamente igual a la inicial. Puesto que la temperatura no cambia,
pero el volumen sí, y resulta que la energía interna permanece
constante, se llega a la conclusión de que U no depende del volumen y
sólo es función de la temperatura.